高性能、低功耗嵌入式CPU和高可靠性網絡操作系統的面世，使得可視電話、視頻會議、遠程視頻監控等運算數據量大的應用在嵌入式設備中實現成為可能。傳統的基于同軸電纜的視頻監控系統結構復雜、穩定性差、可靠性低且價格昂貴，因而出現了嵌入式網絡視頻服務器等遠程Web視頻監控系統。在本嵌入式無線視頻監控系統中，使用高性能ARM9芯片作微處理器，控制video4linux實現USB攝像頭視頻數據采集，采集的視頻數據經JPEG壓縮后，在 ARM9芯片的控制下通過2.4GHz無線發送/接收模塊進行視頻數據傳輸；視頻傳輸模塊再將視頻數據通過串口或網絡提交給視頻應用服務端，最后由視頻應用服務端將接收到的壓縮數據幀重組、復合成視頻圖像，實現無線視頻監控。

1 系統組成結構

整個系統由視頻采集終端、2.4G無線發送模塊、2.4G無線接收模塊、視頻傳輸和視頻應用服務端等5個模塊組成。 其組成結構如圖1所示：

圖1 嵌入式無線視頻監控系統結構框圖

視頻采集終端包括以S3C2410X為核心的中央控制和數據處理中心，以及USB Camera數據采集單元。中央控制和數據處理中心主要完成視頻采集終端控制和視頻圖像壓縮，并將需要傳輸的數據經編碼處理后，通過SIO發送到 nRF2401無線發射模塊。

視頻傳輸模塊主要包括：以S3C2410X為核心的中央控制和數據處理中心以及將視頻數據傳輸到視頻應用服務端的MAC接口和UART接口。視頻傳輸模塊的中央控制和數據處理中心主要完成以下任務：nRF2401將接收到的視頻數據提交給SIO模塊，S3C2410X先解碼SIO模塊數據，再通過UART 接口或MAC接口將視頻數據傳輸到視頻應用服務端。

視頻應用服務端從串口或網絡接口接收視頻數據，并將其重組、復合成視頻圖像。

1.1 視頻采集終端硬件結構

在本設計中，充分利用了S3C2410X所繼承的片上資源，只需要擴充SDRAM、Nand Flash、4X4 Array Keyboard、USB Host、Ethernet Interface、RS232 Interface、JTAG、Power等模塊。視頻采集終端是整個系統的核心模塊之一，主要完成視頻捕獲和圖像壓縮，其硬件邏輯結構框圖如圖2所示：

圖2 視頻采集終端硬件邏輯框圖

2 視頻采集模塊設計與實現

視頻捕獲模塊是整個視頻采集終端的核心。它通過嵌入式Linux操作系統調度V4L (video4linux)和影像設備驅動程序來完成視頻捕獲。V4L 是Linux影像系統與嵌入式影像的基礎，是Linux kernel里支持影像設備的一組APIs，配合適當的視頻采集卡與視頻采集卡驅動程序，V4L可以實現影像采集、AM/FM無線廣播、影像CODEC、頻道切換等功能。目前，V4L 主要應用在影像串流系統與嵌入式影像系統里，其應用范圍相當廣泛，比如：遠程教學、遠程醫療、視頻會議、視頻監控、可視電話等。V4L為2層式架構，最上層為V4L驅動程序，最下層則是影像設備驅動程序。

在Linux操作系統中，外部設備都作為設備文件來管理，因此，對外部設備的操作就轉變成對設備文件的操作。視頻設備文件位于/dev/目錄下，一般情況下為video0。當攝像頭通過USB接口連接到視頻采集終端后，在程序中調用V4L APIs對設備文件video0的讀操作即可實現攝像頭視頻數據采集。其主要過程如下：

1) 打開設備文件： int v4l_open(char *dev, v4l_devICe *vd){}打開影像源的設備文件；

2) 初始化picture： int v4l_get_picture(v4l_device *vd){} 獲取輸入的影像信息；

3) 初始化channel：int v4l_get_channels(v4l_device *vd){} 獲取每個channel的信息；

4) 對channel設置norm：int v4l_set_norm(v4l_device *vd, int norm){} 對所有的channel設置norm；

5) 設備地址映射：v4l_mmap_init(v4l_device *vd){} 返回存放圖像數據的地址；

6) 初始化mmap緩沖區： int v4l_grab_init(v4l_device *vd, int width, int height){}；

7) 視頻捕獲同步： int v4l_grab_sync(v4l_device *vd){}；

8) 視頻捕獲： int device_grab_frame(){}。

通過以上操作，即可將攝像頭視頻數據采集到內存。采集到內存的視頻數據既可采用文件的形式保存，也可將其壓縮后封裝進數據包，通過網絡傳輸到數據處理中心。本設計采用后一種處理方法，即：先將采集的視頻數據進行JPEG壓縮，再將其封裝進數據包傳輸到視頻應用服務端處理。